DNS

DNS笔记

Posted by saltyfishyjk on 2024-11-10
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DNS笔记

Part 0 前言

记录文献中学习到的 DNS 相关基础知识。

Part 1 基本概念

DNS 解析参与方

客户端 DNS Client(stub resolver)

发送一个请求到recursive resolver，使其作为代理代为查询。

（递归）解析器 DNS Recursive resolver

也叫递归侧/resolver。

接收从 client 发来的 DNS query，从 Root Nameserver 开始逐级查询。

四种不同模式：

  • 标准模式（recursive-only）：递归查询
  • 转发器（forwarder）：此时 resolver 作为转发器，将 query 转发给上游 recursive resolver，使其代为查询
  • 条件DNS（condiotional DNS, CDNS）：同时有 recursive 和 forwarder 两种模式，各有一个 DNS namespace 子空间，根据特定域名或客户端 IP 等进行选择性转发
    • CDNS without fallback：没有备用选项，上游 resolver 可能不可用
    • CDNS with fallback：当上游 resolver 不可用时，系统使用备用的 resolver 保证请求可以被解析

名称服务器 DNS Nameserver

也叫权威侧/Nameserver/Server。

ROOT

根服务器，返回参考应答（ref-response），这是一种包含进一步的指向信息，而不包含所需的 IP 地址的响应。

TLD

Top-Level Domain，如 .com, .net 等，返回 ref-response

SLD

Second-Level Domain，如 cnn.com 等，（可能）返回权威应答（auth-response），包含最终 IP 地址的权威响应。

资源记录 RR

RR, resource record，定义为五元组：

  • $owner$：（RR）所有者，表明该 RR 属于哪个域名
  • $type$：类型，表明该 RR 的类型，常见的如 A（IPv4地址记录）、MX、CNAME（域名别名）、NS（名称服务器）
  • $Class$：类别，表明 RR 的上下文，IN 表示 Internet 最常见
  • $TTL$：Time to Live，表明 RR 可以在 DNS 缓存中存在的时间，单位为秒
  • $RDATA$：数据，类型取决于 $type$

信任等级

DNS 软件通过 RR 的信任等级来决定是否返回给用户、保存到内存或更新已有数据。

示例

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[Usenix Security ‘24]{CAMP}: Compositional Amplification Attacks against {DNS}

NS, CNAME, DNAME, SOA, A, AAAA

NS(Name Server)

NS记录，指定一个域名的权威 DNS 服务器

CNAME(Canonical Name)

别名记录，将一个域名（别名）永久重定向到另一个域名（规范名称）。

一个域名只应该有一个 CNAME[USENIX ‘24 CAMP]。

DNAME(Delegation Name)

委托记录，实现域名的递归重定向，将一个域名的整个子域重定向到另一个域名，如 sub.example.com 有一个 DNAME 记录指向 sub.newdomain.com，则任何 sub.example.com 或其子域（如sub.example.com/path）的查询会重定向到 sub.newdomain.com或相应的子域（如sub.newdomain.com/path）

一个域名只应该有一个 DNAME[USENIX ‘24 CAMP]。

响应

引用响应 Ref-response

Ref-response, referral response，由 NS 向 resolver 返回的包含指示下一步向谁发送 query 的响应。

权威响应 Auth-response

Auth-response, authoritative response, 由 NS 向 resolver 返回的包含最终结果（IP）的响应，解析结束。

bailiwick

in-bailiwick

out-of-bailiwick

Part 2 解析流程

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[Usenix Security ‘24]{ResolverFuzz}: Automated Discovery of {DNS} Resolver Vulnerabilities with {Query-Response} Fuzzing

  1. Client 发起一个 Client-query $Q$
  2. Recursive resolver 收到 $Q$，并作为代理，向 ROOT Nameserver 发送 Resolver-query $Q_R$
  3. ROOT Nameserver 收到 $Q_R$，其根区域文件（root zone）中只包含 TLD 权威服务器的地址，因此向 Recursive resolver 返回一个 ref-response $R_R$，包含 TLD 的 NS 记录以及其 IP 地址
  4. Recursive resolver 收到 $R_R$ ，向 TLD 发送一个 $Q_R$
  5. TLD Nameserver 收到 $Q_R$，其 zone file 包含 SLD 的 NS 记录机器 IP 地址，将 $R_R$ 返回
  6. Recursive resolver 收到 $R_R$，向 SLD 发送一个 $Q_R$
  7. SLD Nameserver 收到 $Q_R$，其为被查询域名的权威名称服务器，包含具体的 NS 和 对应的 IP 地址，因此返回的是权威响应 $R_A$
  8. Recursive resolver 收到 $R_A$，包含了域名对应的 IP 地址，递归查询结束，将结果 $R$ 返回给 Client

Part 3 胶水记录 Glue Record

胶水记录是 DNS zone 中的一种 A 记录，在 RFC 1034 中记录。

Part 4 攻击

反射攻击 Reflective attack

攻击者伪造目标 IP 地址，发送信息请求，使得服务器响应请求并将答复发送给目标 IP 地址。

放大攻击 Amplification attack

利用脆弱服务对攻击者发送的请求做出大量回复，引起比原始请求大得多的响应。

Part 5 权威侧垂直结构

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[Usenix Security ‘24]Rethinking the Security Threats of Stale DNS Glue Records

域名空间 Domain name space 是树状结构，其中的每个节点 node 或叶子 leaf 都和一个资源集相关联，比其高的区域 zone 是父区域 parent zone，比其低的区域是子区域 child zone。

  • 最顶层：根区域 root zone .
  • Top-Level Domains：TLD，如 .com、.net
  • Second-Level Domains：SLD，如exam.com、foo.com

一个 DNS zone 只包含其子域的信息。如图所示，对于请求②，根返回一个 ref-response③，告知 resolver 关于 .com 的权威 nameserver 的信息；对于请求④，.com nameserver 返回一个 ref-response⑤，告知关于 exam.com 的权威 nameserver 的信息；对于请求⑥，exam.com nameserver 最终返回了 exam.com 的资源记录。

Part 6 域名授权（委托） Domain delegation

域名管理者通过配置委托 NS 记录和胶水记录（如需）来将其域名委托给特定的服务器。根据 NS 记录和域名的关系，共有三种授权类型：in-domain, sibling-domain 和 out-domain。

[Usenix Security ‘24]Rethinking the Security Threats of Stale DNS Glue Records

域内委托 in-domain

NS 记录配置了包含在被委托域名内的 nameserver，这种情况下胶水记录是必需的。

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图中 test.com 的 NS 记录是 ns1.test.com，在 test.com 中，需要胶水记录打破循环。

兄弟域委托 sibling-domain

NS 记录没有配置在被委托域名下，但是在另一个同一父域委派的区域中，胶水记录不是必需的。

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图中 test.com 的 NS 记录是 ns1.foo.com，不在 test.com 中，而是在 foo.com 中，而 foo.com 的父域是 .com，和 test.com 是同一父域。尽管这种情况下胶水记录不是必需的，resolver 返回的 ref-response 一般也包含该记录。

域外委托 out-domain

NS 记录配置的 nameserver 跨越了 TLD，胶水记录不是必需的。

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图中 test.com 的 NS 记录是 ns1.test.net，其 TLD 是 .net，和 test.com 的 TLD .com 不是一个。对于这种情况，resolver 返回的 ref-response 不应该包含胶水记录，应该重新对 ns1.test.net 发起主动解析。

Part 7 DNS 机制

超时重传 timeout

DNS 经典依赖的协议是 UDP，这是一种无状态的协议，即本身缺少送达承诺或者重传机制。DNS 为了提高可用性采取了 timeout 机制，确保 DNS 解析功能。

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[S&P ‘24]DNSBomb: A New Practical-and-Powerful Pulsing DoS Attack Exploiting DNS Queries-and-Responses

  • 4-a：timeout 机制包括请求和响应两种。

  • 4-b：请求 timeout 会指定一个最长的 resolver 对 DNS server 等待响应的时间，在这之后会认为这个请求超时。当 resolver 向 DNS server 发送一个请求时，会设定一个计时器 timer，BIND 默认为 800ms。当超时后还没有收到响应时，resolver 会使用一个更新的计时器重发请求（可能向不同的 nameserver），或者终止这个请求。

  • 4-c：为了避免无限重试，一般会设置重试次数上限，对 Unbound 是11。当超时且没有得到响应时，resolver 会返回一个 ServFail 错误。

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